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LAS FUERZAS ,LEYES DE NEWTON Y LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL | FÍSICA

APRENDE TODO SOBRE LAS FUERZAS ,LEYES DE NEWTON ,LEY DE LA G.U | CURSO ONLINE FÍSICA.
Tabla de contenidos
  1. LAS FUERZAS ,LEYES DE NEWTON Y LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL | FÍSICA
  2. Fuerzas, leyes de Newton y Ley de la Gravitación Universal
  3. Factores que cambian la estructura o el estado de movimiento de objetos
  4. El concepto de fuerza
  5. El carácter vectorial de la fuerza
  6. Superposición de fuerzas
  7. Primera Ley de Newton
  8. Segunda Ley de Newton
  9. Concepto de peso
  10. Concepto de masa
  11. Tercera Ley de Newton
  12. Equilibrio rotacional y traslacional. 
  13. Fuerza y torca.
  14. Ley de la Fuerza en un resorte (Ley de Hooke)
  15. Fórmula de la ley de Hooke para resortes
  16. Ley de la Gravitación Universal. Movimiento de planetas
  17. Movimiento de traslación
  18. Movimiento de rotación

LAS FUERZAS ,LEYES DE NEWTON Y LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL | FÍSICA

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Fuerzas, leyes de Newton y Ley de la Gravitación Universal

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Factores que cambian la estructura o el estado de movimiento de objetos

¿Que provoca el movimiento de los cuerpos?

Los objetos pueden moverse al aplicarles una fuerza y ésta puede hacer que los objetos que están en movimiento se detengan o deformen, por tanto, una fuerza es el producto de la interacción entre dos cuerpos y puede provocar que un objeto se mueva, se detenga o se deforme.

Movimiento en  los cuerpos en física

La gravedad puede hacer que un cuerpo se mueva o se detenga. Pero, al mismo tiempo, la gravedad ejerce una fuerza hacia abajo, que ocasiona que el cuerpo comience a moverse hacia abajo cada vez con mayor velocidad. Como consecuencia de estos dos movimientos, el cuerpo de desplaza siguiendo una trayectoria curva.

¿Cómo se llama la acción Qué produce un cambio en un cuerpo?

Una fuerza es una interacción entre dos cuerpos capaz de provocar cambios en los mismos. Una fuerza es una acción que hace un cuerpo sobre otro y viceversa.

¿Cómo influye el tiempo en el desplazamiento de los cuerpos?

El tiempo y el espacio Íntimamente relacionados, el tiempo (t) permite ordenar los sucesos físicos en una escala que distingue entre pasado, presente y futuro, mientras que el espacio (s) puede verse como un medio abstracto en el que se desplazan los cuerpos.

¿Cuáles son los efectos de las fuerzas sobre los cuerpos?

Una fuerza es una acción que se ejerce sobre un objeto y que, como consecuencia, modifica su estado. Por ejemplo, puede cam- biarlo de lugar, romperlo, deformarlo, ponerlo en movimiento o detenerlo. En otras palabras, al aplicar una fuerza sobre un objeto se produce un efecto. Vean algunos ejemplos.

¿Cuando un cuerpo está en movimiento ejemplos?

Ejemplos de movimiento relativo

  • El movimiento de un auto en movimiento respecto de otro auto en movimiento.
  • Bajar una escalera mecánica que sube.
  • Andar por la cubierta de un barco que navega.
  • Volar en un avión en dirección contraria a la rotación terrestre.
  • Correr junto a un automóvil en movimiento.

¿Cómo influye la masa de un cuerpo en su energía potencial?

Se relaciona con la masa: cuanto mayor sea la masa del cuerpo, mayor será su energía potencial. Ejemplo: un camión estacionado tendrá más energía potencial que un auto estacionado.

¿Cómo se determina la fuerza de un movimiento?

La segunda ley del movimiento de Newton es F = ma, o fuerza igual a masa por aceleración.

¿Cómo se relaciona la velocidad y el desplazamiento?

La velocidad es una magnitud vectorial que relaciona el cambio de posición (o desplazamiento) con el tiempo. Tanto la rapidez como la velocidad se calculan dividiendo una longitud entre un tiempo, sus unidades también serán el cociente entre unidades de longitud y unidades de tiempo.

¿Por qué el cuerpo no puede cambiar su estado inicial?

Newton expone que: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él. Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea

¿Qué causa el movimiento de los cuerpos?

Que causa el movimiento de los cuerpos? La causa de todo movimiento son por tanto, LAS FUERZAS. «Todo cuerpo tiende a permanecer en su estado de inercia, siempre que ninguna fuerza actua sobre él». Consideramos estados de inercia, el reposo y el mov. rectilineo uniforme.

¿Qué son los factores que cambian la estructura o estado de movimiento de un objeto?

Los factores que cambian la estructura o estado de movimiento de los objetos son cualquier fuerza externa aplicada sobre dicho objeto. Tal cual lo dicta la segunda ley de Newton, que establece que si una fuerza neta es aplicada a un objeto, la velocidad del objeto cambiará dado que su dirección o rapidez cambiará al mismo tiempo.

¿Qué es el movimiento y sus causas?

EL MOVIMIENTO Y SUS CAUSAS SubEl mundo físico que conocemos a nivel macroscópico, se comporta de acuerdo a las Leyes de Newton. A nivel microscópico el comportamiento no es explicable con las Leyes de Newton y es válida entonces la Física Moderna.

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El concepto de fuerza

El término “fuerza” se suele utilizar en forma cotidiana más allá de un contexto científico, en expresiones como “fuerza de voluntad”, para indicar disposición, determinación o ganas de realizar alguna actividad. Incluso, intuitivamente, se tiende a pensar que cuando se aplica físicamente una fuerza, habrá como resultado un desplazamiento o deformación; sin embargo, desde el punto de vista de la Física, la fuerza se define como una cantidad vectorial que surge como consecuencia de la interacción entre dos cuerpos , y en esta definición, no se hace referencia a que la fuerza debe generar desplazamiento en el cuerpo sobre el cual se aplica.
 
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El carácter vectorial de la fuerza

Denominamos fuerza a toda acción capaz de producir cambios en el movimiento o en la estructura de un cuerpo.

Si empujamos una bola con el dedo le estaremos aplicando una fuerza. Tras aplicarla caben varias posibilidades. Una de ellas es que empiece a moverse. Otra es que se deforme. Dependiendo de donde la apliquemos, en que dirección, sentido o cantidad, la bola se moverá o deformará hacia un lado o a otro. Por tanto, es lógico pensar que las fuerzas tienen un caracter vectorial, de hecho son magnitudes vectoriales.

Como vector que és, las fuerzas se representan como una flecha, que se caracterizan por su longitud , donde se aplica (punto de aplicación), su dirección y sentido.

Dependiendo de donde se golpee la bola blanca, con que intensidad, y hacia que dirección o sentido la bola irá hacia un lado u otro. Por tanto, la fuerza es una magnitud vectorial y como tal se representa por medio de una flecha.

La fuerza es una magnitud vectorial que representa toda causa capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo o de producir una deformación en él.

Su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N). Un Newton es la fuerza que al aplicarse sobre una masa de 1 Kg le provoca una aceleración de 1 m/s2.

Unidad de Fuerza

Adicionalmente al Newton (N) suelen utilizarse otras unidades para medir las fuerzas. Entre ellas podemos encontrar:

  • dina (d). 1 d = 10-5 N
  • kilopondio (kp). 1 kp = 9.8 N
  • libra (lb, lbf). 1 lb = 4.448222 N

Efectos de las fuerzas

Tal y como hemos visto anteriormente, las fuerzas son las responsables de producir:

  • cambios de velocidad, o lo que es lo mismo, aceleración
  • deformaciones en un cuerpo.

En el primer caso, si la dirección de la fuerza que se aplica a un cuerpo libre no pasa por su centro de gravedad, le producirá un movimiento de rotación (giro) y un movimiento de traslación (desplazamiento). ¿Has probado a golpear un balón con el pié justo por el borde y no por el centro?. ¿A qué la pelota a parte de salir disparada comienza a girar? La combinación de ambos movimientos hace que describa una parábola.

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Superposición de fuerzas

Cuando sobre un cuerpo actúan varias fuerzas, la acción de cada una de ellas es independiente, y podemos calcular el efecto total de ellas mediante la suma vectorial de las mismas. Obtenemos entonces la fuerza resultante que nos indicará el efecto neto de las fuerzas sobre el cuerpo.

Para determinar la fuerza resultante tenemos que tener en cuenta la dirección y sentido de aplicación de las fuerzas:

sumafuerzas

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Primera Ley de Newton

Las leyes de Newton son tres principios que sirven para describir el movimiento de los cuerpos, basados en un sistema de referencias inerciales (fuerzas reales con velocidad constante).

Las tres leyes de Newton son:

  • Primera ley o ley de la inercia.
  • Segunda ley o ley fundamental de la dinámica.
  • Tercera ley o principio de acción y reacción.

Estas leyes que relacionan la fuerza, la velocidad y el movimiento de los cuerpos son la base de la mecánica clásica y la física. Fueron postuladas por el físico y matemático inglés Isaac Newton, en 1687.

Primera ley de Newton: ley de la inercia

Leyes de Newton, ley de la inercia

La ley de la inercia o primera ley postula que un cuerpo permanecerá en reposo o en movimiento recto con una velocidad constante, a menos que se aplique una fuerza externa.

Dicho de otro modo, no es posible que un cuerpo cambie su estado inicial (sea de reposo o movimiento) a menos que intervengan una o varias fuerzas.

La fórmula de la primera ley de Newton es:

soma de espaço em branco para espaço em branco de F igual a 0 seta para a esquerda e para a direita numerador d v sobre denominador d t fim da fração igual a 0

Si la suma de las fuerzas (Σ F) aplicadas sobre un cuerpo es igual a cero, entonces el cambio en su velocidad con respecto al tiempo (dv/dt), también será igual a cero.

Un ejemplo de la primera ley de Newton es una pelota en estado de reposo. Para que pueda desplazarse, requiere que una persona la patee (fuerza externa); de lo contrario, permanecerá en reposo.

Por otra parte, una vez que la pelota está en movimiento, ignorando la fricción con el terreno, otra fuerza también debe intervenir para que pueda detenerse y volver a su estado de reposo.

Aunque esta es la primera de las leyes del movimiento propuestas por Newton, este principio ya había sido postulado por Galileo Galilei en el pasado. Por esta razón, a Newton solo se le atribuye la publicación de la ley y se reconoce a Galilei como el autor original.

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Segunda Ley de Newton

Segunda ley de Newton: ley fundamental de la dinámica

Leyes de Newton, ley de la dinámica

La ley fundamental de la dinámica, segunda ley de Newton o ley fundamental postula que la fuerza neta que es aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere en su trayectoria.

La fórmula de la segunda ley de Newton es:

F igual a m a s a. espaço a c e l e r a c i ó n igual a m. espaço a

En donde

F = fuerza neta

m = masa, expresada en Kg.

a = aceleración, expresada en m/s2 (metro por segundo al cuadrado).

Concepto de peso

El peso para la física es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo determinado, aunque ahora, ya que estamos en momento de aclaración del concepto vale, para distinguirlo del término “masa”, el cual es muy común que se lo utilice en lugar y como sinónimo del concepto de peso.

Concepto de masa

La masa es una magnitud física con la que podemos medir la cantidad de materia que contiene un cuerpo o un objeto. Según el Sistema Internacional, la masa se mide en kilogramos (kg). Es importante destacar que todos los objetos y cuerpos poseen una masa determinada, sin importar en qué estado se encuentren: líquido, gaseoso o sólido.

Si bien son conceptos que a veces nos parecen similares, no debemos cometer el error de confundir la masa con el peso, ya que el peso es la fuerza de atracción que ejerce la gravedad sobre un cuerpo u objeto.

Tercera Ley de Newton

Tercera ley de Newton: principio de acción y reacción

Leyes de Newton, ley de acción y reacción

El postulado de la tercera ley de Newton dice que toda acción genera una reacción igual, pero en sentido opuesto.

La fórmula de ley de acción y reacción es:

F com 1 seta para a direita 2 subscrito fim do subscrito igual a F com 2 seta para a direita 1 subscrito fim do subscrito

La fuerza del cuerpo 1 sobre el cuerpo 2 (F1-2), o fuerza de acción, es igual a la fuerza del cuerpo 2 sobre el cuerpo 1 (­F2-1) , o fuerza de reacción. La fuerza de reacción tendrá la misma dirección y magnitud que la fuerza de acción, pero en sentido contrario a esta.

Un ejemplo de la tercera ley de Newton es cuando tenemos que mover un sofá, o cualquier objeto pesado. La fuerza de acción aplicada sobre el objeto hace que este se desplace, pero al mismo tiempo genera una fuerza de reacción en dirección opuesta que percibimos como una resistencia del objeto.

Equilibrio rotacional y traslacional. 

El equilibrio mecánico rotacional y traslacional de fuerzas es un estado estacionario en el que el factor mas importante para considerar es que la suma se sus fuerzas den como resultado 0; cumpliendo alguna de las siguientes condiciones de equilibrio:

  1. Un sistema está en equilibrio mecánico cuando la suma de fuerzas y momentos sobre cada partícula del sistema es cero.
  2. Un sistema está en equilibrio mecánico si su posición en el espacio de configuración es un punto en el que el gradiente de energía potencial es cero (0).

¿Qué es el equilibrio rotacional?

El equilibrio rotacional ocurre cuando un cuerpo sufre un movimiento de rotación o giro; surge en el momento en que todas las torcas que actúan sobre el cuerpo sean nulas, o sea, que la sumatoria de las mismas sea igual a cero. Al igual que el equilibrio traslacional sus fuerzas también deben equilibrarse. Su fuerza se mide en torques o torcas, que es una magnitud (pseudo) vectorial.

Equilibrio rotacional

¿Cómo calcular el equilibrio rotacional?

Para que un cuerpo pueda llegar al equilibrio rotacional, es necesario que la sumatoria de los torques Σiτi actuando sobre el objeto sea igual a cero, de manera análoga a lo que se consideró para las fuerzas, matemáticamente se representa así:

Σiτi= 0

Equilibrio rotacional ejemplos:

Un ejemplo muy simple del equilibrio rotacional en la vida cotidiana puede ser el clásico juego de «sube y baja» que encontramos en el parque. Si dos personas del mismo peso se sientan en cada extremo del «sube y baja» separadas equidistantemente del eje de rotación, después de un tiempo las fuerzas de torque se equilibrarán y estas dos personas quedaran suspendidas en equilibrio a la misma altura. 👇

Ejemplos Euilibrio Rotacional

¿Cuál es el equilibrio traslacional?

El equilibrio traslacional es un estado en que todas las fuerzas que actúan sobre un objeto se compensan, dando como resultado una fuerza neta nula. El hecho de que un cuerpo se encuentre en equilibrio traslacional no significa que necesariamente esté en reposo. El objeto puede estar en movimiento, pero en ausencia de aceleración, esto se conoce como un movimiento rectilíneo uniforme.

Equilibrio traslacional

¿Cómo calcular el equilibrio traslacional?

Para que un cuerpo pueda llegar al equilibrio traslacional, la suma vectorial de las fuerzas que actúan sobre él debe ser igual a cero”, representadas por la siguiente ecuación:

ΣFx= 0 y ΣFy= 0

Equilibrio traslacional ejemplos:

Algunos ejemplos del equilibrio traslacional en la vida cotidiana es andar en bicicleta o un trapesista en la cuerda floja. Al ir pedalendo en la bicicleta, se ejerce una fuerza de empuje hacia delante se equilibra con las fuerzas que tratan de hacer que uno caiga hacia un lado o hacia el otro. Un trapecista, caminando por la cuerda floja, no se cae porque las fuerzas que actuan sobre el estan equilibradas. Etcetera.

Fuerza y torca.

La torca es la cantidad de fuerza que puede hacer que un objeto gire alrededor de un eje. Así como en la cinemática lineal, la fuerza es lo que hace que un objeto acelere, pero la torca es lo  que provoca que un objeto adquiera aceleración angular. La torca es una magnitud vectorial y la dirección del vector depende de la dirección en que se aplicó la fuerza en el eje.

Fuerza y torca

El torque o momento de una fuerza, denotado como τ la magnitud vectorial encargada de poner todos estos hechos juntos, se define como:

τ= r x F

El vector r está dirigido desde el eje de giro hasta el punto de aplicación de la fuerza y la participación del ángulo entre r y F es importante. Por ello la magnitud del torque se expresa como:

τ = r.F.sen q

El torque más efectivo tiene lugar cuando r y F son perpendiculares.

Ley de la Fuerza en un resorte (Ley de Hooke)

La Ley de elasticidad de Hooke, o simplemente Ley de Hooke, es el principio físico en torno a la conducta elástica de los sólidos. Fue formulada en 1660 por el científico británico Robert Hooke, contemporáneo del célebre Isaac Newton.

El precepto teórico de esta ley es que el desplazamiento o la deformación sufrida por un objeto sometido a una fuerza, será directamente proporcional a la fuerza deformante o a la carga. Es decir, a mayor fuerza, mayor deformación o desplazamiento, o como lo formuló en latín el propio Hooke: Ut tensio sic vis (“como la extensión, así la fuerza”).

La Ley de Hooke es sumamente importante en diversos campos, como en la física y el estudio de resortes elásticos (su demostración más frecuente). Es un concepto fundamental para la ingeniería y la arquitectura, la construcción y el diseño, ya que permite prever la manera en que una fuerza prolongada o un peso alterará las dimensiones de los objetos en el tiempo.

Se dice que esta ley fue publicada por Hooke bajo la forma de un misterioso anagrama (ceiiinosssttuv), del cual puede reconstruirse el enunciado en latín de su ley, porque tenía miedo de que alguien pudiera adueñarse ilegalmente de su descubrimiento. Un par de años más tarde, sin embargo, hizo públicos sus hallazgos.

Fórmula de la ley de Hooke para resortes

La fórmula más común de la ley de Hooke es la siguiente:

F = -k . ΔL

Donde:

  • F es la fuerza deformante
  • ΔL es la variación que experimenta la longitud del resorte, ya sea una compresión o extensión.
  • k es la constante de proporcionalidad bautizada como constante de resorte, generalmente expresada en Newtons sobre metros (N/m).

Para el cálculo de ΔL, es decir, la deformación del objeto, es necesario conocer la longitud inicial (L0) y la final (Lf).

LAS FUERZAS ,LEYES DE NEWTON Y LEY DE LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL

Ley de la Gravitación Universal. Movimiento de planetas

Leyes de Newton, ley de atracción universal

El postulado de esta ley de la física establece que la fuerza de atracción de dos cuerpos es proporcional al producto de sus masas.

La intensidad de esa atracción será más fuerte mientras más cercanos y masivos sean los cuerpos.

La fórmula de la ley de gravitación universal es:

F igual a numerador G vezes m 1 vezes m 2 sobre denominador d ao quadrado fim da fração

La fuerza ejercida entre los dos cuerpos con masa (F) es igual a la constante de gravitación universal (G) por el producto de las dos masas involucradas (m1.m2) entre la distancia que las separa, elevada al cuadrado (d2).

Un ejemplo de la ley de gravitación lo tenemos en la atracción gravitatoria que ejercen dos bolas de bowling. Mientras más cerca estén entre ellas, mayor será la fuerza de atracción.

Los planetas tienen dos tipos de movimientos importantes:

Movimiento de traslación

Es el movimiento del planeta en torno al Sol. Los planetas orbitan alrededor del Sol en la misma dirección y más o menos en el mismo plano; este plano aproximado en el cual giran todos los planetas, se conoce como el plano de la eclíptica.

Órbitas de los planetas

Este movimiento es debido a la gravedad del Sol y, como ya demostró Johannes Kepler, los planetas se mueven alrededor del Sol con órbitas elípticas, con el Sol en uno de los focos. El sentido de giro de todos los planetas es antihorario (directo), si se observa por encima del polo norte del Sol.

Debido a que la órbita de los planetas es elíptica y que el Sol está en uno de los focos, hace que el planeta no esté siempre a la misma distancia del Sol y que haya un punto de la órbita donde esta distancia es mínima, el perihelio, y otro donde la distancia es máxima, el afelio. Afelio y perihelio son así dos puntos opuestos de la órbita del planeta. En el caso de la Tierra, el afelio es a principios de julio (hacia el 4), donde la distancia al Sol es de 152 millones de kilómetros y el perihelio a principios de enero (hacia el 4), donde la distancia al Sol es de 147 millones de kilómetros.

Afelio y perihelio

Movimiento de rotación

Es el movimiento del planeta alrededor de su eje. El eje de rotación es prácticamente perpendicular al plano de la eclíptica en todos los planetas menos en Urano, que es prácticamente paralelo (está girado unos 98º). El sentido de rotación es antihorario en todos los planetas excepto en Venus, que es en sentido horario.






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